第1章计算机网络基础知识1.ppt

欢迎同学们学习 网络应用基础 主讲教师信息与网络管理中心王振旗 联系电话 7522013 课程学习安排 主要内容 计算机网络基础局域网及其互连技术Internet应用基础 课程目的 掌握计算机网络的概念和常识掌握计算机网络操作使用的基本知识了解简单计算机网络的设计 建设知识 考试安排 最终成绩 平时 考试平时20分两次测验每次10分 全对10分 部分对8分 全错6分 考试按100分 80 计算开卷考试 其中单项选择10分 填空40分 简答题50分 计算机网络应用技术教程 新世纪计算机基础教育丛书主编谭浩强 1 主要参考书 2 其他参考书 现代计算机网络技术与应用 计算机局域网 胡道元编著清华大学出版社 全国计算机等级考试三级教程 网络技术 夏云主编科学出版社 教育部考试中心高等教育出版社 总目录 第一部分计算机网络基础知识第1章计算机网络概论第2章数据通信与广域网技术第3章局域网与城域网技术第4章网络互连技术第5章局域网操作系统第6章Internet技术第二部分计算机网络应用知识第7章局域网组网技术第8章局域网操作系统的使用第9章Internet的接入方法第10章Internet基本使用方法第三部分计算机网络技术的发展第11章网络系统集成技术第12章网络管理与网络安全技术 华北电力大学校园网概况 1 校园网的互连情况及出口带宽 2 校园网的组成情况网络设备 线路 网络服务器 客户计算机 网络操作系统 协议 3 校园网采用的网络技术有线 无线 百兆 千兆以太网 防火墙 入侵检测 上网行为记载等 4 校园网的主要应用情况 计算机接入校园网需要完成的工作步骤 第1步 在计算机上安装网卡及驱动程序 TCP IP协议 第2步 为接入计算机申请IP地址等四个参数需要本机网卡地址 宿舍楼号 房间号 本人有效证件 第3步 在计算机上配置TCP IP协议的四个参数 主机上网的IP地址 如 202 206 223 25 子网掩码 255 255 255 0 默认网关地址 202 206 223 1或7 主 辅DNS服务器地址 202 206 223 111 211 82 239 98 或网通202 99 168 8 第一部分计算机网络基础知识第1章计算机网络概论 1 1计算机网络的形成与发展1 2计算机网络的基本概念1 3计算机网络的拓扑构型1 4计算机网络的分类1 5网络体系结构的基本概念1 6本章总结 1 1计算机网络的形成与发展 1 1 1计算机网络发展阶段的划分计算机网络从形成 发展到广泛应用大致经历了近五十年的历史 可分为四个阶段 第一阶段20世纪50年代开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来 完成了数据通信技术与计算机通信网络的研究 为计算机网络的产生做好了技术准备 并奠定了理论基础 20世纪50年代中后期 许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上 出现了第一代计算机网络 其特征是以单个计算机为中心的远程联机系统 典型代表是20世纪60年代初 美国航空公司建成的由一台计算机与分布在全美国的2000多个终端组成的航空订票系统SABRE 1 第二阶段从20世纪60年代美国的ARPANET与分组交换技术起第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互连起来 为用户提供服务的系统 这一代计算机网络兴起于20世纪60年代后期 第二代计算机网络的典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPAnet 即人们常说的ARPA网 ARPANET是计算机网络技术发展中的一个里程碑 它的研究成果对促进网络技术发展具有重要作用 并为Internet的形成奠定了基础 ARPANET对发展计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面 完成了对计算机网络定义 分类与子课题研究内容的描述 提出了资源子网 通信子网的两级网络结构的概念 研究了报文分组交换的数据交换方法 采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系 促进了TCP IP协议的发展 第三阶段从20世纪70年代中期算起第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络 这一阶段各种广域网 局域网与公用分组交换网发展很快 面临的问题是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题 国际标准化组织 ISO InternationalOrganizationforStandardization 提出了OSI开放系统互连参考模型 事实上的标准TCP IP协议也得到很大发展 第四阶段要从20世纪90年代算起当时局域网技术已经逐步发展成熟 出现了Internet与异步传输模式 ATM asynchronoustransfermode 技术 光纤和高速网络技术 以及多媒体 智能网络等技术也相继出现 整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统 第四代计算机网络发展的特点是 互连 高速 智能与更为广泛的应用 是以Internet为代表的互联网 Internet作为世界性的信息网络 正在当今经济 文化 科学研究 教育与人类社会生活等方面发挥着越来越重要的作用 1 1 2计算机网络的形成 任何一种新技术的出现都必须具备两个条件 即强烈的社会需求与先期技术的成熟 计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律 1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生时 计算机技术与通信技术并没有直接的联系 20世纪50年代初 美国半自动地面防空系统SAGE进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试 它将远程雷达与其他测量设施测到的信息通过很长的通信线路与远程的IBM计算机连接 进行集中的防空信息处理与控制 60年代初美国航空公司建成的由一台计算机与分布在全美国的2000多个终端组成的航空订票系统SABRE 1就是一种典型的计算机通信网络 人们把这种以单个计算机为中心的联机系统称做面向终端的远程联机系统 随着计算机应用的发展 出现了多台计算机互连的需求 网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件 硬件与数据资源 也可以使用连网的其他地方的计算机的软件 硬件与数据资源 以达到计算机资源共享的目的 典型代表是美国国防部高级研究计划局 ARPA AdvancedResearchProjectsAgency 的ARPANET 通常称为ARPA网 计算机网络可以分成资源子网与通信子网来分别组建 早期的公用数据网采用模拟通信的电话交换网 新型的公用数据网则采用数字传输技术与分组交换方法 公用分组交换网的组建为计算机网络发展提供了良好的外部通信条件 它可以为更多的用户提供数据通信服务 70年代初期 为实现实验室或校园内多台计算机共同完成科学计算与资源共享的目的 开始了局域计算机网络的研究 1972年美国加州大学研制了Newhall环网 1976年美国Xerox公司研究了总线拓扑的实验性Ethernet网 1974年英国剑桥大学研制了Cambridge环网 1 1 3网络体系结构与协议标准化的研究 随着网络技术的发展与计算机网络的广泛应用 一些大的计算机公司纷纷提出了各种网络体系结构与网络协议 例如IBM公司的SNA SystemNetworkArchitecture DEC公司的DNA DigitalNetworkArchitecture 与UNIVAC公司的DCA DistributedComputerArchitecture 等 网络体系结构与协议标准的不统一 将会限制计算机网络自身的发展和应用 国际标准化组织成立了计算机与信息处理标准化技术委员会 从事网络体系结构与网络协议国际标准化问题的研究 70年代 ISO正式制订了开放系统互连 OSI OpenSystemInterconnection 参考模型 80年代 ISO与国际电报与电话咨询委员会等组织分别为参考模型的各个层次制订了一系列的协议标准 组成了一个庞大的OSI基本协议集 80年代 局域网技术出现了突破性的进展 采用以太网 Ethernet 令牌总线 tokenbus 令牌环 tokenring 的局域网产品形成三足鼎立之势 采用光纤作为传输介质的光纤分布式数字接口 FDDI fiberdistributeddatainterface 产品在高速与主干网应用方面起了重要的作用 90年代 局域网技术在传输介质 局域网操作系统与客户机 服务器计算模式等方面取得了重要的进展 在Ethernet中 用非屏蔽双绞线实现了10Mbps的数据传输 并在此基础上形成了网络结构化布线技术 使局域网在办公自动化环境中得到更广泛的应用 局域网操作系统NetWare WindowsNTServer IBMLANServer及UNIX操作系统的应用 使局域网技术进入成熟阶段 客户机 服务器计算模式的应用 使网络服务功能达到更高水平 TCP IP协议的广泛应用 使网络互连技术发展到了一个崭新的阶段 1 1 4Internet的应用与高速网络技术的发展 目前 计算机网络发展的特点是 Internet的广泛应用与高速网络技术的迅速发展 Internet的中文名为 因特网 它是全球性的 最具影响力的计算机互联网 也是世界范围的信息资源宝库 Internet是通过路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网 它对推动世界科学 文化 经济和社会的发展有着不可估量的作用 进入90年代以来 信息技术与网络的应用已成为衡量21世纪综合国力与企业竞争力的重要标准 1993年9月 美国宣布了国家信息基础设施 NII NationalInformationInfrastructure 建设计划 NII被形象地称为信息高速公路 1995年2月 全球信息基础设施委员会 GIIC GlobalInformationInfrastructureCommittee 成立 它的目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用 在这种情况下 全球信息化的发展趋势已经不可逆转 很多国家开始制定各自的信息高速公路建设计划 如日本计划在2010年完成的全国光纤网建设计划 英国建设SuperJanet的计划 法国建设Minitel10的计划 新加坡的智能岛建设计划与欧盟的信息高速公路建设计划等 对于国家信息基础设施建设的重要性已在各国形成共识 信息高速公路的服务对象是整个社会 因此它要求网络无所不在 为了支持各种信息的传输 未来的网络必须具有足够的带宽 很好的服务质量与完善的安全机制 以满足不同应用的需求 在Internet飞速发展与广泛应用的同时 高速网络的发展也引起了人们越来越多的注意 在传输速率为100Mbps与1G 1000M bpsEthernet局域网广泛应用的基础上 速率为10Gbps的Ethernet已经进入实用阶段 更高传输速率的Ethernet正在研究之中 为了有效地保护金融 贸易等商业秘密 保护政府机要信息与个人隐私 网络必须具有足够的安全机制 以防止信息被非法窃取 破坏与损失 作为信息高速公路基础设施的网络系统 必须具备高度的可靠性与完善的管理功能 以保证信息传输的安全与畅通 网络安全技术的研究与应用已经成为当前的热点问题 计算机网络技术的发展与应用必将对21世纪世界经济 军事 科技 教育与文化的发展产生重大的影响 1 2计算机网络的基本概念 1 2 1计算机网络的定义在计算机网络的发展过程中 人们对计算机网络提出了不同的定义 可以分为三类 广义的观点 资源共享的观点与用户透明性的观点 广义的观点定义了计算机通信网络 而用户透明性的观点定义了分布式计算机系统 资源共享的观点为 以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合 其定义能比较准确地描述计算机网络的基本特征 主要表现在 1 计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享 2 互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的 自治计算机 网络用户不但可以使用本地计算机资源 而且可以通过网络访问连网的远程计算机资源 还可以调用网中几台不同的计算机共同完成某项任务 每台计算机既可以连网工作 也可以脱网独立工作 连网计算机可以为本地用户提供服务 也可以为远程网络用户提供服务 3 连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议 要保证网络中计算机能有条不紊地交换数据 每台计算机在交换数据的过程中必须遵守事先约定好的通信规则 1 2 2计算机网络的组成与结构 1 资源子网与通信子网 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能 从逻辑功能上可以分成两个部分 资源子网与通信子网 图1 1 1 资源子网 资源子网由主机系统 终端 终端控制器 连网外设 各种软件资源与信息资源组成 资源子网负责全网的数据处理业务 向网络用户提供各种网络资源与网络服务 早期的主机系统主要是指大型机 中型机与小型机 主机系统 host 是资源子网的主要组成单元 它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机 CCP 相连接 普通用户终端通过主机系统连入网内 主机系统为本地用户访问网络其他主机设备与资源提供服务 同时为网中远程用户共享本地资源提供服务 终端 terminal 是用户访问网络的界面 终端可以是简单的输入 输出终端 也可以是带有微处理机并具有存储与信息处理能力的智能终端 终端可以通过主机系统连入网内 也可以通过终端控制器或通信控制处理机连入网内 2 通信子网 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点 它一方面将主机 其他外设和终端连入网内 另一方面它又完成分组的接收 校验 存储 转发等功能 实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用 通信子网由通信控制处理机 通信线路与其他通信设备组成 负责完成网络数据传输 转发等通信处理任务 通信线路为通信控制处理机之间 通信控制处理机与主机之间提供通信信道 通信线路有很多种 如电话线 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线通信信道 微波与卫星通信信道等 需要指出的是 广域网可以明确地划分出资源子网与通信子网 而局域网由于采用的工作原理与结构的限制 不能明确地划分出子网的结构 2 现代网络结构的特点 随着使用主机系统的用户减少 资源子网变成由多人使用的服务器和个人使用的微机组成 通信子网变成由交换设备与通信线路组成 交换设备主要是指路由器与交换机 随着连入局域网的微机数目日益增多 它们一般是通过路由器将局域网与广域网相连接的 见图1 2 图1 2现代网络结构 1 3计算机网络的拓扑构型 1 3 1计算机网络拓扑的定义计算机网络设计的第一步就是要解决在给定计算机的位置 保证一定的网络响应时间 吞吐量和可靠性的条件下 通过选择适当的线路 线路容量与连接方式 使整个网络的结构合理且成本低廉 为了应付复杂的网络结构设计 人们引入了网络拓扑的概念 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构 反映出网络中各实体间的结构关系 拓扑设计是建设计算机网络的第一步 它对网络性能 系统可靠性与通信费用都有重大影响 计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型 1 3 2计算机网络拓扑的分类 1 网络拓扑的分类网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为两类 广播信道通信子网的拓扑与点到点线路通信子网的拓扑 在广播信道通信子网中 一个公共的通信信道被多个网络结点共享 采用广播信道通信子网的基本拓扑构型主要有四种 总线型 树型 环型 无线通信与卫星通信型 在点到点线路的通信子网中 每条物理线路连接一对结点 采用点 点线路的通信子网的基本拓扑构型有四类 星型 环型 树型与网状型拓扑 2 点 点线路通信子网拓扑 本节主要介绍点 点线路通信子网拓扑 广播信道通信子网拓扑将在第3章介绍 1 星型拓扑 结点通过点 点通信线路与中心结点连接 中心结点控制全网的通信 任何两结点之间的通信都要通过中心结点 特点是结构简单 易于实现 便于管理 但网络的中心结点是全网可靠性的瓶颈 中心结点的故障可能造成全网瘫痪 星型结构 2 环型拓扑 结点通过点 点通信线路连接成闭合环路 环中数据将沿一个方向逐站传送 特点是结构简单 传输延时确定 但环中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈 环中任何一个结点或线路出现故障 都可能造成网络瘫痪 需要较复杂的环维护处理 环结点的加入和撤出过程都比较复杂 环型结构 3 树型拓扑 可以看成是星型拓扑的扩展 结点按层次进行连接 信息交换主要在上 下结点之间进行 相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小 适用于汇集信息的应用要求 4 网状型拓扑 又称无规则型 结点之间的连接是任意的 没有规律 特点是系统可靠性高 结构复杂 必须采用路由选择算法与流量控制方法 目前实际存在与使用的广域网 基本上都是采用网状拓扑构型 树型结构 网状结构 1 4计算机网络的分类 1 4 1根据网络传输技术进行分类网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点 按网络所采用的传输技术对网络进行分类是一种很重要的方法 在通信技术中 通信信道的类型分为广播通信信道与点 点通信信道 因此 计算机网络按采用的传输技术可以分为 广播式网络 broadcastnetworks 与点 点式网络 point to pointnetworks 1 广播式网络 所有连网的计算机都共享一个公共通信信道 当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时 所有其他的计算机都会 收听 到这个分组 由于发送的分组中带有目的地址与源地址 接收到该分组的计算机将检查目的地址是否与本结点地址相同 如果被接收报文分组的目的地址与本结点地址相同 则接收该分组 否则丢弃该分组 在广播式网络中 发送的报文分组的目的地址可以有三类 单一结点地址 多结点地址与广播地址 2 点 点式网络 与广播式网络相反 每条物理线路连接一对计算机 假如两台计算机之间没有直接连接的线路 那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收 存储与转发 直至目的结点 由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的 因此从源结点到目的结点可能存在多条路由 决定分组从通信子网的源结点到达目的结点的路由需要路由选择算法 采用分组存储转发与路由选择机制是点 点式网络与广播式网络的重要区别之一 1 4 2根据网络的覆盖范围进行分类 计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类 可以很好地反映不同类型网络的技术特征 由于网络覆盖的地理范围不同 它们所采用的传输技术也就不同 因而形成了不同的网络技术特点与网络服务功能 按覆盖的地理范围进行分类 计算机网络可